maquinas termicas

1. DISEÑO DE MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS 7mo SEMESTRE
CLASE 1550
Integrantes
JHON ALVARO GUEVARA TARRA
JOEL ANDRES PUELLO PUELLO
DIEGO LUIS ACOSTA ECHENIQUE
EDILFREDO JOSE VALDES ALVEAR
LUIS ANGEL DOMINGUEZ GUERRA
TALLER #2
INTRODUCCION A LA TRANSFERENCIA DE CALOR
PREGUNTAS DE CONCEPTOS.
1. ¿En qué difiere la ciencia de la transferencia de calor de la ciencia de la
termodinámica?
La termodinámica se interesa en la cantidad de transferencia de calor amedida que
un sistema pasa por un proceso, de un estado de equilibrio a otro, y noindica cuanto
tiempo transcurrirá; mientras la ciencia de la transformación de calordetermina
rapidez
(velocidad de transferencia de calor) y razones.
2. Defina la conductividad térmica y explique su significado en la transferencia de calor.
La conductividad térmica de un material es la tasa de transferencia de calor a través
de una unidad de espesor del material: por unidad de área y por unidad de diferencia
de temperatura. La conductividad térmica de un material es una medida de cuán
rápido es la transferencia de calor que se llevará a cabo en esematerial.
3. ¿En qué difiere la convección forzada de la natural?
La convección recibe el nombre de convección forzada si el fluido es forzado a fluir
sobre la superficie mediante medios externos como un ventilador, una bomba o el
viento. Como contraste, se dice que es convección natural (o libre) si el movimiento
del fluido es causado por las fuerzas de empuje que son inducidaspor las diferencias
de densidad debidas a la variación de la temperatura en ese fluido.
4. Defina emisividad y absortividad. ¿Cuál es la ley de Kirchhoff de la radiación?
La emisividad cuyo valor está en el intervalo, es una medida de cuan próxima esta

2. una superficie de ser un cuerpo negro, para el cual la absortividad es la fracción de
la energía de radiación incidente sobre una superficie que es absorbida por ésta. La
ley de Kirchhoff de la radiación afirma que la emisividad y la absortividadde una
superficie a una temperatura y longitud de onda dadas son iguales.
5. ¿Qué es un cuerpo negro? ¿En qué difieren los cuerpos reales de los negros?
Es la superficie idealizada a una razón máxima, donde la razón máxima esexpresada
por la ley de Stefan-Boltzman. Y difiere porque la radiación emitida portodas las
superficies reales es menor que un cuerpo negro.
6. Considere una aleación de dos metales cuyas conductividades térmicas son k1 y k2.
¿La conductividad térmica de la aleación será menor que k1, mayor que k2 o estará
entre k1 y k2?
La conductividad teórica de una aleación de dos metales es más probable que sea
menos de las conductividades térmicas de ambos metales.
PROBLEMAS.
1. Las dos superficies de una placa de 2 cm de espesor se mantienen a 0°C y 80°C,
respectivamente. Si se determina que el calor se transfiere a través de la placa a una razón
de 500 W/m2, determine su conductividad térmica.
2. Cuatro transistores de potencia, cada uno de ellos disipando 12 W, están montados sobre
una placa vertical de aluminio delgado que tiene un tamaño de 22 cm X 22 cm. El calor
generado por los transistores se va a disipar por las dos superficies de la placa hacia al aire
circundante que está a 25°C, el cual se mueve sobre aquélla por medio de un ventilador. Se
puede suponer que toda la placa es isotérmica y que se puede tomar el área superficial
expuesta del transistor como igual al área de su base. Si el coeficiente promedio de
transferencia de calor por convección es 25 W/m2 · °C,determine la temperatura de la placa
de aluminio. Descarte cualesquiera efectos de radiación.
Se tienen los datos:
𝑊
𝑇𝑎𝑙𝑟 = 25°𝐶 ℎ = 25
𝑚2 °𝐶
𝐴𝑠 = 22 𝑐𝑚 × 22 𝑐𝑚 𝑞̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 12𝑊
Se calcula el area de transferencia de calor a traves de la placa:

3. 𝐴𝑠 = 2(0,22 𝑚)(0,22 𝑚) = 0,0968 𝑚2
Se calcula el calor total disipado:
𝑄̇ = (#𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠)(𝑞̇𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠) = (4)(12 𝑊) = 48 𝑊
Entonces, la temperatura de la placa es
3. En las centrales eléctricas son muy comunes las tuberías que transportan vapor
sobrecalentado. Este vapor fluye a una razón de 0.3 kg/s dentro de una tubería con un
diámetro de 5 cm y longitud de 10 m. La tubería está colocada en una central eléctrica a
20°C y tiene una temperatura superficial uniforme de100°C. Si el descenso de temperatura
entre la entrada y salida de la tubería es de 30°C, y el calor específico del vapor es de 2.190
J/kg · K, determine el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie
de la tubería y los alrededores.
Se calcula el calor cedido por el vapor:
Se calcula el area de transferencia de calor a traves de la tubería:
𝐴𝑠 = 𝜋𝐷𝐿 = 𝜋(0,05 𝑚)(10 𝑚) = 1,57𝑚2
Entonces, el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la tuberia y los
alrededores es

4. 4.El muro norte de una casa calentada eléctricamente tiene 20 ft de largo, 10 ft de alto y 1ft
de espesor y está hecha de ladrillo cuya conductividad térmica es k = 0.42 Btu/h · ft · °F. En
cierta noche de invierno se miden las temperaturas de las superficies interior y exteriory
resultan ser de alrededor de 62°F y 25°F, respectivamente, durante un periodo de 8 horas.
Determine a) la razón de la pérdida de calor a través del muro en la noche, y b) el costo de
esa pérdida de calor para el propietario de la casa, si el costo de la electricidad es 0.07
dólar/kWh.
Se tienen los datos:
𝐵𝑡𝑢
𝑇𝑖𝑛𝑡 = 62 °𝐹 𝑇𝑒𝑥𝑡 = 25 °𝐹 𝑡 = 8 ℎ 𝐿 = 1 𝑓𝑡 𝑘 = 0,42
ℎ 𝑓𝑡 °𝐹
Se calcula el area de transferencia de calor:
𝐴 = (20 𝑓𝑡)(10 𝑓𝑡) = 200 𝑓𝑡2
a.La razón de perdida de calor a través del muro es:
b. El costo total es
4. Considere una persona cuya área superficial expuesta es de 1.7 m2, su emisividad es 0.5
y su temperatura superficial es de 32°C. Determine la razón de la pérdida de calor por
radiación de esa persona en un cuarto grande que tiene paredes a una temperatura de a)
300 K y b) 280 K.
Se tienen los datos:
𝑇𝑠 = 32°𝐶 = 305 𝐾
𝐴
𝑠
= 1,7 𝑚2 𝜀 = 0,5 𝜎 = 5,67 × 10−8
𝑊
𝑚2 𝐾4

5. a. Se tiene
La razón de perdida de calor es:
𝑇𝑎𝑙𝑟 = 300 𝐾
b. Se tiene
𝑇𝑎𝑙𝑟 = 280 𝐾
La razón de perdida de calor es:
5. Considere una caja electrónica sellada de 20 cm de alto, cuyas dimensiones de la base
son 50 cm X 50 cm, colocada en una cámara al vacío. La emisividad de la superficie exterior
de la caja es 0.95. Si los componentes electrónicos que están en la caja disipan un total de
120 W de potencia y la temperatura de la superficie exterior de ella no debe de sobrepasar
55°C, determine la temperatura a la cual deben mantenerse las superficies circundantes si
esta caja se va a enfriar sólo por radiación. Suponga que la transferencia de calor desde la
superficie inferior de la caja hacia el pedestal es despreciable
.
𝑇𝑠 = 55°𝐶 = 328𝐾 𝑄̇𝑟𝑎𝑑
= 120 𝑊 𝜀 = 0,95 𝜎 = 5,67 × 10−8
𝑊
𝑚2 𝐾4
Se calcula el área de transferencia de calor:
𝐴𝑠 = (0,5𝑚)(0,5𝑚) +
(4)(0,2𝑚)(0,5𝑚) = 0,25𝑚2 +
0,4𝑚2 = 0,65𝑚2

6. Entonces: